【智汇谈】智能传感器行业发展现状(一)

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关键词:传感器

    根据国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。

    传感器作为连接物理世界和数字世界的桥梁,一般包含传感单元、计算单元和接口单元。传感单元负责信号采集;计算单元则根据嵌入式软件算法,对传感单元输入的电信号进行处理,以输出具有物理意义的测量信息;最后通过接口单元与其他装臵进行通信。根据具体应用场景的不同需要,传感器还可集成其他零部件,不断延伸传统传感器的功能。

    传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志,它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。

    传感器最早出现于工业生产领域,主要被用于提高生产效率。随着集成电路以及科技信息的不断发展,传感器逐渐迈入多元化,成为现代信息技术的三大支柱之一,也被认为是最具发展前景的高技术产业。正因此,全球各国都极为重视传感器制造行业的发展,投入了大量资源,目前美国、欧洲、俄罗斯从事传感器研究和生产厂家均在 1000 家以上。在各国持续推动下,全球传感器市场保持快速增长。

    进入21世纪,传感器制造行业开始由传统型向智能型发展。智能型传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。由于智能型传感器在物联网等行业具有重要作用,我国将传感器制造行业发展提到新的高度,从而催生研发热潮,市场地位凸显。同时,受到汽车、物流、煤矿安监、安防、RFID 标签卡等领域的需求拉动,传感器市场也得到快速扩张。

    根据西南证券研究发展中心数据,受益于各国政策推动,全球传感器行业市场规模保持稳步提升,市场规模自2014年的1260亿美元增长至2019年的2265亿美元,年复合增长率达12.4%。我国传感器行业市场规模自2014年的982.6亿元增长至2019年的2188.8亿元,年复合增长率高达17.4%,预计2021年将以17.6%的增速增长至2951.8亿元,相关产业链有望持续获益。

    (数据来源:西南证券研究发展中心)




    我国智能传感器产业发展面临的机遇


    01
    产业政策环境持续加持

    自2006年以来,国务院、国家发改委、工信部等多部门都陆续印发了支持、规范智能传感器行业的发展政策,内容涉及智能传感器发展技术路线、智能传感器发展目标、 智能传感器的应用推广等方面。智能传感器作为电子元器件,处于电子信息制造产业的前端和上游,是支撑电子信息产业的基石,也是保障产业链、供应链安全稳定的关键。

    2021 年以来,为加快我国电子元器件及关键配套材料和设备产业发展,提升产业链供应链现代化水平,促进我国信息技术产业高质量发展,国家工信部印发《基础电子元器件产业发展行动计划(2021—2023年)》,从发展方向、实现路径、推广市场以及配套方面,对基础电子元器件产业提出了规划。具体来看,针对新型 MEMS 传感器重点向小型化、低功耗、集成化发展,支持产、学、研合作。完善 MEMS 传感器行业配套,优化发展环境。此外,全国各省市也着力优化产业发展政策环境,相继发布了加快智能传感器及物联网产业园区建设的相关政策,目前,上海、浙江、江苏、广东、北京等各地区均积极发展传感器产业园区,壮大新兴产业,加快数字经济的转型升级。

    02
    新能源、物联网需求日益旺盛

    “十四五”,加快数字化发展、建设数字中国成为我国经济社会发展的一个重要目标。随之,数字政府、数字经济、数字社会的建设步伐逐步加快,智能传感器作为感知外界信息并进行信息化、数字化转变的关键基础部件,相应地需求也在进一步被激发。

    2020 年,随着高性价比车型上市,供给端得到改善,新能源汽车市场需求得到增长。根据中汽协统计的数据,2020 年新能源汽车销量为 136.7 万辆,同比增长 10.9%;2020 年新能源汽车产量 136.6 万辆,同比增长 7.5%。其中,2020 年新能源乘用车销量达 124.6 万辆,同比增长 14.6%,高于 2019 年同比增幅;2020 年新能源乘用车产量 124.7 万辆,同比增长 11.3%;2020 年乘用车电动化比例达 6.23%,同比增加 1.3%。

    此外, 物联网在工业领域的应用推广,智能传感器在其中的应用越来越广泛。物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展将为智能传感器行业带来巨大发展契机。在工业领域,智能化工厂、数字化工厂同样需要海量的智能设备,大数据的应用、远程监控等方式的普及应用也都对设备的数据采集和传输提出了新的要求。在这样的背景下,传感器的使用不仅是实现智能化生产、智能化工厂的关键,更是推动企业实现智能制造,拥抱即将或已经到来的物联网时代的先决条件。

    03
    科技创新步伐加快,产业呈现集群化发展

    科学技术是第一生产力。国家“十四五”规划纲要提出,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,完善国家创新体系,加快建设科技强国。

    目前我国传感器企业正努力追赶国外企业,并出现了区域性的传感器企业集群。当前传感器的生产企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。

    我国智能传感器产业发展面临的挑战


    01
    技术水平较低,制约产品性能

    传感器制造技术分为薄膜、 MEMS 技术,而其中最为核心的当属晶圆制造。但由于晶圆制造对工艺和设备要求非常高,国内绝大部分厂商以无晶圆厂模式居多,委托国内外专业晶圆加工企业代工产品。尽管有华润上华、中芯国际、上海先进半导体等少数几家具备晶圆加工生产线,但加工工艺的一致性、可重复性难以完全满足设计需要,且产业界尚缺失先进的用于研发与中试的创新平台,导致产品的良率和可靠性无法达到规模生产要求,无法形成产品推向市场。总体来看,我国智能传感器由于缺乏先进制造工艺,而无法实现好的设计迅速转化为先进产品,走向市场并应用,我国传感器技术的核心及关键技术都有待突破,技术研发及创新能力亟待提升。

    02
    产业自主可控程度低,企业竞争实力不足

    目前,我国 MEMS 市场中高端传感器进口占比达 80%,传感器芯片进口率达90%。国内智能传感器产品在灵敏度、可靠性及新技术能力提升方面与国外相比还存在较大差距,在中美贸易摩擦和新冠肺炎疫情持续影响下,智能传感器国产化进程差强人意,发展日益艰巨。

    我国的传感器企业虽然数量众多,但大部分都属于中小型企业,且大都面向中低端领域,基础薄弱,研究水平不高,整体规模及效益较差。许多企业都是引用国外的芯片加工,自主创新能力薄弱,自主研发的产品较少,产品结构缺乏合理性,在高端领域几乎没有市场份额。从目前市场份额和市场竞争力指数来看,外资或国际企业仍占据着有利地位,国内传感器企业的发展面临巨大挑战。

    03
    产业规模偏小,国际差距明显

    相比较欧美、日韩等发达国家,我国智能传感器研发起步较晚,且企业规模较小,除航天军工用途外,大多数产品无法进入主流市场。同时在中国约80%是从事销售贸易业务的,独立从事自主研发的企业偏少,龙头企业不多,严重制约产业集聚效应的发挥和智能传感器产业的做大做强。

    尽管中国传感器制造行业取得长足进步,但与国际发达国家相比仍存在明显差距。这种差距体现在:产品品种不全、规格少,系列不全,新品欠缺,技术指标不高;科技创新差,拥有自主知识产权的产品少;人才资源匮乏,产业发展后劲不足;统筹规划不足,科研投资强度偏低,科研设备落后,科研和生产脱节;相关部门对传感器技术重要性的认识滞后于计算机技术和通讯技术等等。

    04
    研发人才短缺,成果落地转化不足

    长期以来,中国在智能传感器起步较晚,落后较多,人才的培养也跟不上行业的发展,尤其是研发人才严重缺乏。目前国内研究传感器的人才都集中在大中院校。人才的断板加上行业、产业、学界之间长期形成的“信息鸿沟”,导致智能传感器产业欠账太多,未来形势逼人。

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    传感器产业作为三大基础性战略产业之一,是“万物互联”之本,对支撑构建现代信息技术产业体系、实现产业转型升级、推动经济高质量发展具有重要意义,以传感器产业为代表的新一轮产业变革已蓬勃兴起,呈现爆发式增长态势,正在引发一场“制造革命”,已成为发达国家和跨国企业布局的战略高地。

    围绕京津冀协同发展等国家战略布局,基于天津经济技术开发区的产业优势,由天津市工业和信息化局与中国电子学会共同主办、天津经济技术开发区管理委员会支持、智汇工业承办的第六届世界智能大会智能制造高峰论坛将于6月举办,论坛内容聚焦智能传感器领域,进一步交流全球传感器科技产业应用最新成果。

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    本文作者:智汇珺主
    (部分数据、信息来源于政府报告,案头调研以及相关智库研究报告)



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